應用熱噴涂技術修復發動機曲軸

張廣城，朱曉剛，杜云峰

（裝甲兵技術學院，吉林 長春 130117）

一、概述

在修理汽車零部件時，多采用焊接或刷鍍技術。發動機曲軸因其材質少，球墨鑄鐵含碳量高、受力較大，用CO氣體保護焊或手工電弧焊無法滿足修復要求。多次試驗表明，焊修的曲軸在使用3年后會出現裂紋而無法再修復。

熱噴涂熔敷焊修能提高曲軸的修復率和可靠性，前期對DF8B型汽車發動機所用材質為42CrMo鋼的曲軸做過熱噴涂熔敷焊修試驗，經檢驗各項性能指標良好，試樣抗拉強度達780MPa，與母體非常接近。

二、熱噴涂焊接的特點

熱噴涂焊接是熱噴涂與非透明物質相互作用的過程，通過熱噴涂使金屬粉末熔化后與所焊接部位接合，它有如下特點。

(1)工件變形極小，熱影響區很窄。

(2)可獲得深度大的焊縫，焊接厚件時可不開坡口一次成形。

(3)適于難熔金屬、熱敏感性強的金屬以及熱物理性能、尺寸和體積差異大的工件焊接。

三、熱噴涂修復曲軸的技術方案

1.傳統焊接修復的問題

球墨鑄鐵曲軸的化學成分為：碳3.5%～4.0%，硅2.0%～2.8%，錳0.3%～0.6%，鉬0.2%～0.4%，銅0.7%～1.0%,鎂0.04%～0.1%，稀土(RxOy)≤0.012%，硫≤0.025%，磷≤0.08%。力學性能為：抗拉強度≥800MPa，延伸率≥1%，沖擊韌度≥15J/cm2，硬度HB269～331。金相：珠光體或回火組織，球化率≤3級，滲碳體含量<4%，鐵素體數量級≤3級，磷共晶數量級≤2級。由于鑄鐵含碳量高，強度相對較低，對溫度變化敏感，焊補時多為局部受熱，溫差較大，冷卻速度快，給鑄鐵焊補帶來困難。其在焊補時易出現以下問題。

(1)焊補時易產生白口，鑄鐵塑性很低，焊補時熱應力大，鑄鐵中含有較多的硫、磷，不僅引起脆性，而且促進白口產生，這些都會造成焊補后的零件易產生裂紋。

(2)鑄鐵中的碳以球狀石墨形式存在，焊補時石墨被高溫氧化生成CO氣體，使金屬焊縫易產生氣孔或咬邊。

(3)在鑄鐵組織中浸透的潤滑脂一般難以除去，焊補時會使焊縫中產生氣孔。

(4)鑄鐵零件在鑄造時產生的氣孔、縮松、砂眼等也容易造成焊補缺陷。采用熱噴涂焊補能解決上述問題。

2.熱噴涂修復工藝

(1)選擇焊材。采用Ni—Cr—B—Si—C系鎳基合金粉末(單獨配粉)，其硬度為HRC20～25。其化學成分：碳0.1%～0.2%，硼0.3%～0.8%，硅2.0%～3.0%，鉻4.0%～8.0%，鐵≤5%，鎳70.0%～75.0%。鎳基合金粉末的組織是奧氏體，能很好溶解碳而不形成碳化鐵，故焊縫有很好的加工性能和承受塑性變形的能力。

另外，鎳也是一種較好的促石墨化元素，能減弱半熔化區白口的形成。

鎳基合金粉末的熔點低于基體熔點，在重熔時，鑄鐵基體不熔化，沒有熔覆層的稀釋問題，也不存在半熔化區；所以正確的熔覆不會使焊補區產生白口組織，便于加工，而且由于基體不熔化，控制了基體中所含硫、磷等雜質熔入熔覆層，有利于防止裂紋的產生。

鎳基合金粉末的膨脹系數與鑄鐵匹配。

鎳基合金粉末中含有強烈的脫氧元素硼和硅，不僅保護了粉末中其他元素免于氧化燒損，而且基體表面的氧化物也被硼、硅元素還原，防止了氣孔和夾渣的產生。

一般來講，鎳基合金底部屬于平面外延生長機制，且晶粒粗大，頂部則是較規則的枝晶組織，且組織細密。基體因受激光熱輸入的影響小，只能起熱傳導作用，不會發生組織和相的變化。

（2)消除裂紋。采用帶金剛石磨頭的指狀砂輪消除裂紋，首先要求消除面應規則且圓滑過渡，不要去除未含裂紋的金屬；然后用丙酮等溶劑清洗待焊修的部位。

（3)選擇焊接工藝參數。焊接工藝參數為電流270A、脈寬10ms、頻率1Hz、速度3～5mm/s，保護氣體為氬氣，粉末厚度為1mm。

四、效果

焊接完成后對軸頸進行磨削，磨后要通過著色檢查焊接部位有無氣孔和縮松。通過以上方法修復的曲軸在進行磁粉探傷時應無磁痕，用眼看不出焊接部位與非焊接部位的區別。所焊修的3根球墨鑄鐵曲軸和2根鋼制曲軸經裝車運用3年多以來，焊接部位未發現任何裂紋，狀態良好。

[1]中國機械工業學會焊接學會.焊接手冊[M].北京:機械工業出版社，2001.

[2]成大先.柳敲設計手冊[M].北京:化學工業出版社，2002.